Sala de Pesquisa de Equipamentos de Produção de Teste, Instituto de Pesquisa de Equipamentos de Perfuração e Produção, Administração de Petróleo de Jianghan
Com o desenvolvimento da tecnologia de produção de petróleo, a fraturação de reservatórios tornou-se uma importante medida técnica para uma produção estável e de alta duração em campos petrolíferos. Nos últimos anos, a tecnologia de fraturação evoluiu rapidamente, criando uma necessidade urgente de equipamentos completos de fraturamento capazes de atender condições operacionais de alta pressão, alto deslocamento, alta relação de areia, grande tamanho de areia, grande volume de areia e alta viscosidade de fluidos.
Para atender a essas necessidades, a pesquisa experimental em um Manifold de fraturamento de 700 kg/cm² começou em 1973. Em março de 1975, o primeiro conjunto de manifolds foi fabricado em testes na planta de conserto de máquinas de perfuração e produção. Após passar em um teste de pressão estática de 1000 kg/cm² e um teste de pressão dinâmica de 700 kg/cm², foi colocado em teste de campo em maio. Foi utilizado sucessivamente em operações de acidificação e fraturação na Mina de Gás Jiannan e no Campo Petrolífero Jianghan para operações de sete poços. A pressão máxima da bomba atingiu 605 kg/cm² e o deslocamento máximo chegou a 1925 L/min.
1. Descrição Estrutural
A Manifold de fraturamento de 700 kg/cm², mostrada na Figura 1, é composta principalmente por válvulas de retorno, válvulas de plugue, válvulas de drenagem, uniões, tees, cruzes e Tubos retos curtos (Tubo reto curto (pup joint)). Possui 81 conexões no total. As 41 conexões equipadas com válvulas de retenção podem se conectar a 41 caminhões de fratura. Duas conexões equipadas com válvulas de drenagem podem se conectar à linha de drenagem, e outras duas conexões conectam-se à cabeça do poço de fratura.
Figura 1. 700 kg/cm² Manifold de fraturamento
1-2 em união; 2- Válvula de retenção; 3 - 2 1/2 em união; 4- Válvula macho; 5- válvula de drenagem; 6-3 em Union.
A distância central entre as duas linhas principais do Manifold é de 780 mm. Elas podem ser fixadas na estrutura de um caminhão CA-01 ou CA-03 Jiefang para formar um caminhão Manifold. O diâmetro da linha principal é de 54 mm e o do ramal é de 46 mm. As extremidades das linhas secundárias são equipadas com uniões de 2 polegadas e podem se conectar diretamente aos caminhões de fraturamento SYC-700 e YLC-500.
A Válvula de retenção usada nessa variedade é mostrada na Figura 2. É simples de fabricar e conveniente de reparar. Seu conjunto de válvulas é semelhante ao do caminhão fraturador ACF-700, com operação confiável, baixo risco de areia grudada e vida útil relativamente longa.
Figura 2. Válvula de retenção
1- glândula; 2- primavera; Montagem de 3 válvulas; assento de 4 válvulas; Corpo de 5 válvulas.
A estrutura da válvula plugue é mostrada na Figura 3. Um par de placas de válvula está disposto entre o plugue e o corpo da válvula. O Glã 5 ajusta a folga entre as placas da válvula, o plugue e o corpo da válvula, permitindo que a válvula vede enquanto ainda abre e fecha com esforço relativamente baixo. A cavidade da válvula deve ser preenchida com graxa de vedação de alta pressão para melhorar a vedação e a lubrificação.
Figura 3. Válvula macho
1- roda manual; 2- plugue; corpo de 3 válvulas; 4- placa de válvulas; 5- glândula.
Esse Válvula macho é fácil de desmontar e montar, e abre e fecha rapidamente: gire 90 graus para abrir e gire 90 graus na direção oposta para fechar. Comparado a válvulas de plugue e válvulas de esfera cónicas semelhantes, ele requer torque operacional menor e é muito adequado como válvula principal de um Manifold de fraturamento.
A válvula de drenagem, mostrada na Figura 4, possui estrutura simples, operação confiável e fácil fabricação. Ela abre e fecha com baixo esforço sob alta pressão e é especialmente adequada como válvula de alívio de pressão.
Figura 4. Válvula de sangria
1- glândula; 2- corpo de válvulas; 3- elemento de válvulas; assento de 4 válvulas; 5- tampa de pressão; Haste de 6 válvulas.
2. Resultados dos Testes
1. Teste de pressão estática
As válvulas de retorno, válvulas de plugue, válvulas de descarga e cotovelos móveis no Manifold foram testados separadamente como peças individuais. A pressão do teste de vedação era de 800 kg/cm² e a pressão de resistência era de 1000 kg/cm². Após as peças individuais passarem pelos testes, o Manifold foi montado conforme a Figura 1 e testado como uma montagem completa a 1000 kg/cm². Não houve infiltração, vazamento ou queda de pressão em 10 minutos.
2. Teste de pressão dinâmica
Cinco caminhões de fraturamento SYC-700 foram conectados às conexões da válvula de retenção do Manifold. Uma conexão principal foi bloqueada, outra foi equipada com um bico, e as conexões restantes foram bloqueadas. Foi realizado um teste de pressão dinâmica de 700 kg/cm², e não houve infiltração ou vazamento em até 30 minutos.
3. Teste de campo
Esse Manifold foi usado primeiro para acidificação em um poço na Mina de Gás Jiannan e, posteriormente, para fraturar seis poços no Campo Petrolífero de Jianghan. Os parâmetros operacionais são mostrados abaixo.
Parâmetros operacionais para acidização e fraturação com o Manifold de fraturamento de 700 kg/cm²
| Não. | Data de operação | Bem, não. | Pressão máxima da bomba | Deslocamento máximo | Proporção de areia % | Fluido total | Areia total adicionada | Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Maio | Jian 29 | Acidificação, sem vazamento, Válvula macho não instalado | |||||
| 2 | Junho | Wangxi 7-4 | 580 | 80 | 3.1 | Fraturamento, sem vazamento, Válvula macho não instalado | ||
| 3 | 21 de junho | Wangxi 12-7 | 580 | 1500 | 10.5 | 80 | 4.65 | 1. Válvulas de tampão instaladas 2. As conexões dos caminhões aumentaram de 12 para 16 cabeças 3. Vazamentos na rosca de três tubos |
| 4 | 8 de julho | Wangxi 9-6 | 650 | 1600 | 11 | 80 | 4.2 | |
| 5 | 9 de julho | Wangxi 7-5 | 640 | 1640 | 12 | 80 | 5.6 | |
| 6 | 17 de julho | Wang 51 | 350 | 1925 | 16.7 | 80 | 8.64 | |
| 7 | 25 de julho | Wangxi 10-7 | 530 | 10 | 80 | 5.3 | ||
| Nota: após o aumento do número de conexões de 12 para 16, a linha foi desmontada e remontada, o que danificou as roscas dos tubos. Como resultado, surgiram três pontos de vazamento na rosca dos tubos. | ||||||||
Os principais componentes do Manifold de fraturamento são três tipos de válvulas. Após fraturar quatro poços, a borracha da válvula de retenção foi inspecionada e permaneceu em boas condições. Como a linha de descarga do caminhão fraturador não possuía válvula de alívio de pressão, o teste não mostrou diretamente se o Válvula de retenção poderia vedar após a parada do caminhão fraturador durante a operação. No entanto, a análise indicou que, desde que a borracha da válvula de retenção não fosse danificada, abrir a válvula de alívio na linha de saída do caminhão de fratura após uma parada no meio da operação criaria pressão diferencial ao longo do Válvula de retenção, permitindo que ele vedasse.
O Válvula macho também foi testado em campo em quatro poços. As duas primeiras válvulas de plugue tinham qualidade de fabricação insuficiente porque as portas do plugue, das placas das válvulas e do corpo da válvula não estavam alinhadas corretamente. Por isso, elas foram fortemente erodidas pela areia, mas ainda podiam selar. Em setembro, mais quatro válvulas de tampão foram fabricadas em teste, e cada uma passou por montagem e testes de pressão na primeira tentativa. Eles foram preparados para instalação no segundo Manifold para testes de campo. Após sete testes de acidificação e fraturação do poço, a válvula de drenagem selou de forma confiável e abriu e fechou de forma flexível com baixo esforço.
3. Comentários gerais
1. Este Manifold de fraturamento pode basicamente atender aos requisitos atuais do processo de acidificação e fraturação e pode ser usado para operações de acidização e fraturação a 700 kg/cm2. A produção em pequenos lotes e os testes ampliados são recomendados.
2. Com base nos resultados anteriores de fabricação e testes, recomendam-se as seguintes melhorias no projeto.
Primeiro, as conexões originais de rosca de tubo de 2 1/2 polegadas usadas para a linha principal, os T-s e as cruzadas têm altos requisitos de usinagem. Sua confiabilidade de vedação a 700 kg/cm², especialmente após acidificação, é insuficiente. Além disso, as posições de fixação dos T&B e cruzes são difíceis de ajustar e instalar. Eles devem ser trocados para conexões trapezoidais T58 x 5-3 e T70 x 4-3 com vedação em anel de O. As posições de fixação de Tees e cruzes podem ser ajustadas adicionando ou removendo calços. A conexão flange entre plugue e válvula também deve ser trocada para uma conexão T58 x 5-3 com rosca trapezoidal.
Segundo, a linha de conexão da saída do Manifold até a cabeça do poço originalmente usava tubo de perfuração de 3 polegadas. O tubo mais longo tinha 4 m e pesava mais de 100 kg, dificultando a instalação. O cotovelo móvel também era pesado, com mais de 60 kg, e difícil de instalar. A linha de conexão deve ser alterada para tubo de perfuração de 2 polegadas com comprimentos de 3 m, 2 m e 1 m, e o cotovelo móvel deve ser modificado de acordo para reduzir o peso e melhorar a conveniência da instalação.
Terceiro, para atender aos novos requisitos de processo, o número de válvulas de plugue deve ser aumentado de duas para cinco, e duas válvulas de agulha devem ser adicionadas para atender aos requisitos de bola-drop e medição remota. A estrutura modificada é mostrada na Figura 5.
Figura 5. Plano de melhoria para o Manifold de fraturamento de 700 kg/cm². O lado esquerdo, não mostrado, é o mesmo da Figura 1.
1- Válvula de retenção; 2- Válvula macho; 3- válvula de drenagem; 4- válvula de agulha.
